Netty原始碼學習4——伺服器端是處理新連線的&netty的reactor模式
零丶引入
在前面的原始碼學習中，梳理了伺服器端的啟動，以及NioEventLoop事件迴圈的工作流程，並瞭解了Netty處理網路io重要的Channel ，ChannelHandler，ChannelPipeline。
這一篇將學習伺服器端是如何構建新的連線。
一丶網路包接收流程
當用戶端傳送的網路資料框通過網路傳輸到網路卡時，網路卡的DMA引擎將網路卡接收緩衝區中的資料拷貝到DMA環形緩衝區，資料拷貝完成後網路卡硬體觸發硬中斷，通知作業系統資料已到達。
隨後網路卡中斷處理程式將DMA環形緩衝區的資料拷貝到sk_buffer，sk_buffer位於核心中，它提供了一個緩衝區，使得網路卡中斷程式可以將他接收到的資料暫存起來，避免資料丟失和切換。
隨後發起軟中斷，網路協定棧會處理封包，對封包進行解析，路由，分發（根據目的埠號，分發給對應的應用程式，通過網路程式設計通訊端，應用程式可以監聽指定埠號，並接受網路協定棧的封包）
- 當新的連線建立時，網路協定處理棧會將這個連線的通訊端標記為可讀，並生成一個accept事件，這個事件通知應用程式有新的連線需要處理
- 當已經建立的連線上有資料到達時，網路協定處理棧會將通訊端標記為刻度，並生成一個read事件，這個事件通知應用程式有資料可供讀取
- 當應用程式向已經建立的連線寫入資料時，如果寫緩衝區有足夠的空間，寫操作會立即完成，不會產生write事件。但如果寫緩衝區已滿，那麼寫操作將被暫停，當寫緩衝區有足夠的空間時，write事件將被觸發，通知應用程式可以繼續寫入資料。
也就是說netty 伺服器端程式會監聽不同的網路事件，並進行處理，這也是原始碼學習的切入點！
二丶伺服器端NioEventLoop處理網路IO事件
無論是否優化，最終都是拿到就緒的SelectionKey，迴圈處理每一個就緒的網路事件，如下便是處理的邏輯：
可以看到無論是accept事件還是read事件都是呼叫AbstractNioChannel的Unsafe#read方法
Unsafe是對netty對底層網路事件處理的封裝，下面我們先看下AbstractNioChannel的類圖，可以看到NioServerSocketChannel，和NioSocketChannel都使用繼承了AbstractNioChannel，只是父類別有所不同
doBind0會呼叫Channel#bind，然後處理ChannelPipeline#bind的執行，由於bind是出站事件，將從DefaultChannelPipeline的TailContext開始執行，然後呼叫到HeadContext#bind方法，最終會呼叫NioServerSocketChannel的unsafe#bind方法
如下是NioServerSocketChannel的unsafe#bind的內容：
這裡將呼叫到Channel#read方法，最終會呼叫到HeadContext#read
四丶伺服器端處理Accept事件
前面我們說到，NioEventLoop處理accept事件和read事件都是呼叫unsafe#read方法，如下是NioServerSocketChannel#unsafe的read方法
public void read() {
assert eventLoop().inEventLoop();
final ChannelConfig config = config();
final ChannelPipeline pipeline = pipeline();
final RecvByteBufAllocator.Handle allocHandle = unsafe().recvBufAllocHandle();
allocHandle.reset(config);
boolean closed = false;
Throwable exception = null;
try {
try {
do {
//讀取資料
int localRead = doReadMessages(readBuf);
if (localRead == 0) {
break;
}
if (localRead < 0) {
closed = true;
break;
}
// 計數
allocHandle.incMessagesRead(localRead);
} while (continueReading(allocHandle));
} catch (Throwable t) {
exception = t;
}
int size = readBuf.size();
for (int i = 0; i < size; i ++) {
readPending = false;
// 觸發channelRead
pipeline.fireChannelRead(readBuf.get(i));
}
readBuf.clear();
allocHandle.readComplete();
// 觸發channelReadComplete
pipeline.fireChannelReadComplete();
// 省略
} finally {
// 省略
}
}
這裡出現一個RecvByteBufAllocator.Handle，這裡不需要過多關注，在NioServerSocketChannel建立連線的過程中，它負責控制是否還需要繼續讀取資料
ServerSocketChannel類提供了accept()方法，用於接受使用者端的連線請求，返回一個SocketChannel代表了一個底層的TCP連線。
如上將jdk SocketChannel包裝NioSocketChannel的時候會設定SocketChannel非阻塞並在屬性readInterestOp記錄感興趣事件為read
包裝生成的NioSocketChannel會放到List中，後續每一個就緒的連線會一次傳播ChannelRead，並最終傳播ChannelReadComplete
1.channeRead事件的傳播
上面說到NioEventLoop讀取NioServerSocketChannel上的accept事件，將每一個新連線封裝為NioServerChannel後，將依次觸發channelRead。
如下是ServerBootstrapAcceptor#channelRead方法，可以看到它會將讀取生成的NioServerChannel註冊到childGroup，這裡的childGroup就是ServerBootstrap啟動時候指定EventLoopGroup（主從reactor模式中的從reactor）
也就是說主reactor負責處理accept事件，從reactor負責處理read事件
2.channelReadComplete事件傳播
大多數人看到 channelReadComplete 都會認為這是 Netty 讀取了完整的資料，然而有時卻不是這樣。channelReadComplete 其實只是表明了本次從 Socket 讀了資料，該方法通常可以用來進行一些收尾工作，例如傳送響應資料或進行資源的釋放等。channelReadComplete方法在每次讀取資料完成後，即使沒有更多的資料可讀，也會被呼叫一次。
五丶netty對多種reactor模式的支援
這裡其實可以看出netty對多種reactor模式（單執行緒，多執行緒，主從reactor）的支援
我們其實可以通過修改bossGroup，和workerGroup使netty使用不同的reactor模式
六丶將NioSocketChannel註冊到從reactor
上面我們說到主reactor監聽accept事件後傳播channelRead事件，最終由ServerBootstrapAcceptor呼叫childGroup#register將包裝生成的NioSocketChannel註冊到從reactor（也就是workerGroup——EventLoopGroup）下面我們看看這個註冊會發生什麼
首先workerGroup這個EventLoopGroup會呼叫next方法選擇出一個EventLoop執行register，然後
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將NioSocketChannel中的jdk SockectChannel註冊到Selector中，並將NioSocketChannel當作附件，這樣selector#select到事件的時候，可以從附件中拿到網路事件對應的NioSocketChannel
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觸發handlerAdd
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觸發ChannelRegistered
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觸發channelActive
由於這是一個新連線，是第一次註冊到EventLoop，因此會觸發channelActive
這將呼叫到DefaultChannelPipeline的HeadContext#readIfIsAutoRead，最終就和我們第三節的【NioServerSocketChannel設定對accept事件感興趣】差不多
——HeadContext#readIfIsAutoRead會呼叫NioSockectChannel的read方法，最終呼叫到NioSockectChannel#unsafe的read方法——將註冊對read事件感興趣
七丶再看Netty的Reactor模式
筆者認為netty的reactor有以下幾個要點
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ServerBootstrap#bind方法
不僅僅會繫結埠，還會觸發channelActive事件，從而使DefaultChannelPipeline中的HeadContext觸發netty channel unsafe#beginRead,註冊ServerSockectChannel對accept感興趣
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NioEventLoop處理新連線
這一步Netty 使用Selector進行IO多路複用，當accept事件產生的時候，呼叫
NioServerSocketChannel#unsafe的read方法，這一步會將新連線封裝NioSocketChannel，然後將對應連線的通訊端註冊到Selector上，然後傳播channeRead事件 -
ServerBootstrapAcceptor 對channeRead事件的處理
筆者認為這是netty reactor模式的核心，它將NioSocketChannel註冊到從reactor上，讓子reactor負責處理NioSocketChannel上的事件，並最終註冊SocketChannel對read事件感興趣！
和tomcat的reactor（《Reactor 模式與Tomcat中的Reactor 》）有異曲同工之妙，只是netty Pipeline的設計讓整個流程更具備擴充套件性，當然也增加了原始碼學習的複雜度doge
八丶啟下
下一篇我們將學習從reactor是如何處理read事件的，整個流程和主reactor處理accept事件類似，後續應該會設計到netty編解碼相關的知識。
這一篇是雙11結束後忙裡偷閒的產物，附上一張雙11後和女朋友遊烏鎮的風景圖
